Koncentrovana solarna energija

Koncentrovana solarna energija ili CSP (engl. Concentrated Solar Power) je solarna energija koja se koristi u solarnim termoelektranama, gde se proizvodi električna energija, najčešće na kombinovani pogon (uz solarni, dodatni izvor na fosilna goriva, najčešće prirodni gas). U njima se Sunčeva energija prvo pretvara u toplotnu, te potom u električnu. Uprkos činjenici da je u tom procesu konverzije jedna karika više, stepen iskorišćenja im je zavidan (20-40%), a negativan uticaj na okolinu zanemarljiv. Područja s puno sunčanih sati (poput pustinja i polupustinja) izrazito su pogodna za izgradnju ovakvih elektrana.

Solarni tanjir sa Stirlinkovim motorom u žarištu

Trenutno u svetu radi nekoliko koncentrovanih solarnih toplotnih elektrana. U njima se pomoću sistema ogledala (ravnih ili paraboličnih) ili sočiva, kombinovanog sa sistemom za praćenje položaja Sunca na nebeskom svodu, direktno Sunčevo zračenje fokusira na kontejnere sa nekim fluidom (voda, ulje, tečni natrijum i sl.) koji se zagreva, te se njegovim prolaskom kroz parne turbine ili Stirling (toplotne) motore proizvodi električna energija. U tom procesu nastaju vrlo visoke temperature, pa su ovakvi sistemi ujedno pogodni za proizvodnju toplote i pare za druge namene (kogeneracija). Za primenu ovakvih sistema potrebna je dnevna vedrina, te u područjima sa značajnijom naoblakom imaju ograničenu primenljivost. Prema izvedbi i korišćenom sistemu ogledala/sočiva, sistemi sa sunčevom koncentrisanom snagom se dele na nekoliko grupa:

parabole kolektori
sunčevi tornjevi
sunčevi tanjiri
Fresnel kolektori
sunčeve uzgonske elektrane ^[1]

Parabole kolektori uredi

Sastavljeni su od niza dugih paraboličnih ogledala i kolektora (cevovoda) smeštenog u žarište. Velika je prednost ovog sistema što se ne mora kretati ukoliko je pomak položaja Sunca na nebu u odnosu na sistem paralelan, jer Sunčevi zraci u takvim uslovima i dalje padaju na kolektore, dok je u ostalim okolnostima potrebna rotacija oko 1 osi. U kolektorskom sistemu struji sintetičko ulje, rastopljena so ili para pod pritiskom.

Gubici konvekcijom i kondukcijom mogu se smanjiti smeštanjem kolektora u vakuumirano staklo. Najveća solarna termoelektrana je Sunčeva termoelektrana SEGS, sa parabola kolektorima instalirana je u pustinji Mohave u južnoj Kaliforniji, u periodu od 1985. do 1991., ukupne snage 354 MV i ukupne površine kolektora od 2.295.000 m2.

Sunčevi tornjevi uredi

Elektrane ovoga tipa prostorno su zahtevne, jer se oko centralnog tornja smešta veliki broj ogledala koja reflektuju sunčeve zrake u kolektor. Zahvaljujući mogućnosti postizanja vrlo visokih temperatura, iskoristljivi su ne samo u proizvodnji, nego iu skladištenju energije, koje zavisi od korišćenog fluida. Dodatna im je prednost da se mogu izgraditi i u brdskim područjima. Ogledala su konstruisana kao heliostati (rotacija oko dve ose), jer tokom dana moraju pratiti položaj Sunca na nebeskom svodu. Time je cena gradnje i održavanja povećana.

Sunčani tanjiri uredi

Sastoje se od niza ogledala posloženih u obliku parabole koji reflektujući fokusiraju direktne Sunčeve zrake u žarište gde se nalazi kolektor. U njemu se razvijaju veoma visoke temperature. Zagrejani fluid pogoni Stirlingov motor ili parna mašina. Za rad im je neophodno vedro vreme, a optimalno pozicioniranje postiže se rotacijom "tanjira" oko dve vertikalne ose. Stepen iskorišćenja ovakvih uređaja je oko 30% (teorijski do 90%), a koncentrišuća snaga je obično od 30 do 50 Sunaca (što znači da se toliko puta poveća dotok Sunčevog zračenja po jedinici površine u odnosu na stanje bez koncentrisanja pomoću ogledala). Ograničavajuće okolnosti za širu primenu su česta servisiranja zbog mehaničkih delova, te skupa parabolična ogledala. Solarne termoelektrane sa tanjirasta kolektorima pogodne su za manje potrošače električne energije snage do 100 kV. ^[2]

Fresnelovi kolektori uredi

Ovi sistemi se sastoje od niza dugih ravnih ili malo zakrivljenih ogledala, koja rotirajući samo oko 1 osi prate položaj Sunca i reflektuju direktne Sunčeve zrake na fiksni linijski kolektor na visini od oko 8 m od tla, kojih može biti jedan (prototip Solarmundo, Belgija) ili više (prototip CLFR - Compact Linear Fresnel Reflektors, Australija - kompaktni linijski Fresnel reflektori). Oba pomenuta pogona su u fazi prototipa i trebalo bi da budu delovi hibridnog (kogeneracijskog) sistema, umanjujući utrošak fosilnih goriva za dobijanje električne energije. Maksimalni učinak (od oko 20%) postiže se zahvaljujući pokretnim rotirajućim ogledalima koja ne bacaju senku na okolna ogledala. U mestu Bejkersfild (Kalifornija) završena je Sunčeva termoelektrana Kimberlin, koja ima instaliranu snagu 5 MV i prva je tržišna elektrana koja na radi na principu Fresnelovih kolektora.

Sunčeve uzgonske elektrane uredi

Električna energija se ovom tehnologijom dobija pomoću standardnih parnih turbina smeštenih u tornju i pogonjenih toplim vazduhom. Topli vazduh proizvodi se ispod velike ostakljene površine, a prema tornju se giba zbog ukošenosti površine. Ostakljena površina treba biti izrazito velika. Pretvaranje sunčeve u toplotnu energiju nije efikasna, no interesantna je zbog niskih investicionih troškova. Prototip koji je izgrađen 1982. u Španiji i bio je u probnom radu do 1989., imao je problema sa vrtloženja. Temeljni preduslov za gradnju sunčevih dimnjačkih elektrana dostatan je intenzitet Sunčevog zračenja.

Sistem za skladištenje toplote uredi

Svi navedeni sistemi sa sunčevom koncentriranon snagom mogu znatno povećati svoju efikasnost i pouzdanost u isporuci električne energije ugradnjom sistema za skladištenje toplote. Višak Sunčeve energije tokom dana koji ne može biti pretvoren u električnu energiju, skladišti se u obliku toplotne energije i koristi nakon zalaska Sunca. Za tu svrhu koriste se materijali velike energetske gustine (tj. Toplotnog kapaciteta), kao što je npr. kuhinjska so, čiji je sastojak natrijum (metal upravo takvih svojstava), a moguća je upotreba i pregrejane vodene pare pri visokom pritisku (50 bara) i temperaturi (gotovo 300°C), te pročišćeni grafit.

U budućnosti se očekuje, kada se iz faze prototipa i probnih pogona pređe na komercijalnu primenu, smanjenje troškova ulaganja u sunčeve termoelektrane sa parabola kolektorima za 50%, u sunčane termoelektrane sa prihvatnikom na tornju i poljem heliostata za 33%, te u sunčeve termoelektrane s parabola tanjurasta kolektorima za 25%. ^[3]

Prvo koncentrovano solarno postrojenje u Srbiji instalriano je 2014. godine u mestu Badnjevac kod Kragujevca. Profesor Vladan Petrović postavio je u svom dvorištu "Tanjir", prečnika 13 metara, koji se okreće prema suncu. Tako sakupljena sunčeva energija akumulira se u većem postrojenju i tu može da se "čuva" i koristi tokom cele godine, svih 365 dana. ^[4]

Vidi još uredi

Izvori uredi

^ [1] "Studija mogućnosti korištenja za izgradnju sunčanih elektrana na području PGŽ", OIKON d.o.o., Institut za primjenjenu ekologiju, 2010.
^ "Sunce kao izvor energije", Zagrebački savez klubova mladih tehničara, www.tehnicar.hr, 2009.
^ [2]^{[mrtva veza]} "Toplinsko uskladištenje sunčeve energije", tkojetko.irb.hr, 2011.
^ Badnjevac: Prva solarna toplana u Srbiji | Srbija | Novosti.rs

[1] [1] "Studija mogućnosti korištenja za izgradnju sunčanih elektrana na području PGŽ", OIKON d.o.o., Institut za primjenjenu ekologiju, 2010.

[2] "Sunce kao izvor energije", Zagrebački savez klubova mladih tehničara, www.tehnicar.hr, 2009.

[3] [2]^{[mrtva veza]} "Toplinsko uskladištenje sunčeve energije", tkojetko.irb.hr, 2011.

[4] Badnjevac: Prva solarna toplana u Srbiji | Srbija | Novosti.rs

[1]

[2]

[3]

[4]